B/1

ANEXO B Requisitos Complementarios para Uniones Precalificadas

para SMF e IMF B.1 Generalidades

B.1.1 Alcance

Las disposiciones establecidas en este Anexo regirán el diseño, el detallado, la fabricación y la erección de las conexiones que han sido precalificadas, según los lineamientos del Apéndice K de la referencia 3, para ser utilizadas en sistemas de marcos especiales (SMF) y marcos intermedios (IMF) de acero estructural de lámina gruesa. Todos los materiales utilizados en el diseño y fabricación de estas conexiones, deben cumplir con lo establecido en el inciso 10.1.3, y se debe utilizar el método de diseño por factores de carga y resistencia (LRFD). Las referencias que se hacen se basan en la bibliografía indicada en el capítulo 10.

B.2 Requisitos para el Diseño

B.2.1 Tipo de Conexiones precalificadas para SMF y IMF

Las conexiones listadas en la tabla 1 han sido precalificadas para su uso en marcos especiales (SMF) y en marcos intermedios (IMF), dentro de las limitaciones especificadas en este Anexo.

Tabla 1. Conexiones Precalificadas

Tipo de conexión Abreviatura Sistemas

Sección de viga reducida RBS SMF, IMF

Placa extrema empernada sin rigidizar BUEEP SMF, IMF

Placa extrema empernada rigidizada BSEEP SMF, IMF

Placa de ala empernada BFP SMF, IMF

Ala soldada sin refuerzo y alma soldada WUF-W SMF, IMF

B.2.2 Rigidez de la Conexión

Para efectos del análisis sísmico, todas las conexiones incluidas en este Anexo serán consideradas como conexiones totalmente rígidas (Tipo FR).

B.2.3 Elementos

Las conexiones incluidas en este Anexo se consideran precalificadas cuando se utilicen para conectar elementos estructurales que cumplan con las limitaciones de los incisos B.2.3.1 y B2.3.2 según sea el caso.

B/2

B.2.3.1 Elementos laminados en caliente Se permite el uso de elementos laminados en caliente siempre y cuando cumplan con las limitaciones aplicables a la conexión específica de este Anexo. B.2.3.2 Elementos armados a partir de placas Se permite el uso de elementos armados a partir de placas cuando éstos sean de sección transversal en I, doblemente simétrica, y cuando:

a. Sus alas y almas tengan dimensiones similares a las secciones laminadas en caliente que cumplen con las limitaciones aplicables a la conexión específica de este Anexo, y

b. Las almas estén conectadas a las alas de manera continua, de acuerdo con los siguientes requisitos:

i. Vigas

Se deben utilizar soldaduras de penetración total, reforzadas con soldaduras de filete por ambos lados, para conectar las almas y las alas de la viga en la zona que se extiende desde el final de la viga hasta una distancia no menor que el peralte de la sección más allá de la rótula plástica. Las soldaduras de filete de refuerzo tendrán un tamaño no menor a 8 mm o el espesor del alma de la viga. No es necesario cumplir con este requisito si la precalificación de la conexión específica indica otro requisito en su lugar.

ii. Columnas

Las columnas armadas a partir de placas deberán cumplir con los siguientes requisitos, según aplique. Además, deben cumplir con lo establecido en la Sección E6 de la referencia 1. La transferencia de todas las fuerzas internas y esfuerzos entre los componentes de la columna armada deberá ser lograda por medio de soldaduras.

(1) Columnas soldadas de sección “I” (ver figura de tabla 10.2)

Todos los componentes de las secciones “I” armadas a base de placas, deben cumplir con los requisitos del Capítulo 10. El alma y las alas de la columna deben ser conectadas mediante soldaduras de penetración total, reforzadas con soldaduras de filete por ambos lados, en la zona que se extiende desde 300 mm sobre el ala superior hasta 300 mm por debajo del ala inferior de la viga conectada de mayor peralte. Las soldaduras de filete de refuerzo tendrán un tamaño no menor a 8 mm o el espesor del alma de la columna.

(2) Columnas de secciones “I” laminadas convertidas en sección rectangular tipo cajón (ver figura de tabla 10.2) La sección del perfil laminado en caliente utilizado en este tipo de columna armada, debe cumplir con los requisitos del capítulo 10.

B/3

La razón b/t de las placas utilizadas como alas, no debe exceder donde “b” no debe ser menor a la distancia libre de la

placa. La razón h/t de las placas utilizadas únicamente como almas, deberá cumplir con lo estipulado en la tabla 10.2. Las placas utilizadas en este tipo de columna, deben ser conectadas a las alas del elemento laminado en caliente mediante soldaduras de penetración total, en la zona que se extiende desde 300 mm sobre el ala superior hasta 300 mm por debajo del ala inferior de la viga conectada de mayor peralte. Afuera de esta zona, estas placas deben ser conectadas de manera continua mediante soldaduras de filete o de penetración.

(3) Columnas armadas de sección tipo cajón soldadas a base de placas

(ver figura de tabla 10.2) La razón b/t de las placas utilizadas como alas, no debe exceder

), donde “b” no debe ser menor a la distancia libre entre las

almas. La razón h/t de las placas utilizadas únicamente como almas, deberá cumplir con lo estipulado en la Tabla 10.2. Las placas de alma, deben ser conectadas a las placas de ala mediante soldaduras de penetración total, en la zona que se extiende desde 300 mm sobre el ala superior hasta 300 mm por debajo del ala inferior de la viga conectada de mayor peralte. Afuera de esta zona, estas placas deben ser conectadas de manera continua mediante soldaduras de filete o de penetración.

(4) Columnas cruciformes (ver figura B1) Todos los componentes de la sección de columnas cruciformes, ya sean fabricadas a partir de elementos laminados en caliente o armadas a partir de placas, deberán cumplir con lo estipulado en el capítulo 10. También deben considerarse las disposiciones de la Sección E6 de la referencia 1. El alma de los componentes en forma de “T” debe ser conectada al alma de la sección continua en forma de “I”, mediante soldaduras de penetración total, reforzadas con soldaduras de filete por ambos lados, en la zona que se extiende desde 300 mm sobre el ala superior hasta 300 mm por debajo del ala inferior de la viga conectada de mayor peralte. Las soldaduras de filete de refuerzo tendrán un tamaño no menor a 8 mm o el espesor del alma de la columna. Las placas de continuidad deben cumplir con los requisitos para columnas laminadas en caliente.

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Figura B.1 Columna de acero cruciforme.

B.2.4 Parámetros de Diseño para las conexiones

B.2.4.1 Combinaciones de Carga y Factores de Resistencia Cuando la capacidad de diseño sea calculada según la referencia 1, se aplicarán los factores de reducción de resistencia de la referencia 1. Cuando la capacidad de diseño sea calculada con base en las disposiciones de este Anexo, se aplicarán los siguientes factores de reducción de resistencia:

(1) Para estados límite dúctiles

d = 1.00

(2) Para estados límite no-dúctiles

n = 0.90 B.2.4.2 Localización de la rótula plástica La distancia entre la cara de la columna y la rótula plástica, Sh, se tomará de acuerdo con los requisitos específicos de este Anexo para la conexión utilizada según los artículos B.5 a B.8. B.2.4.3 Máximo momento probable en la rótula plástica El momento máximo probable en la rótula plástica será dado por:

Mpr = CprRyFyZe

Donde:

Mpr = momento máximo probable en la rótula plástica. Ry = razón entre el esfuerzo de cedencia esperado y el especificado. Ze = módulo plástico de la sección (o la conexión) en la rótula plástica. Cpr = factor de sobrerresistencia que contempla endurecimiento por deformación,

restricciones locales, refuerzos adicionales, y otras condiciones de la

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conexión. Cuando no sea especificado para la conexión específica, será igual a:

Donde:

Fy = esfuerzo de cedencia especificado del acero Fu = esfuerzo ultimo del acero

B.2.4.4 Placas de continuidad para alas de vigas Siempre será necesario proveer placas de continuidad para las alas de las vigas, excepto en los siguientes casos:

(1) En conexiones empernadas de placa extrema, donde aplican los requisitos del artículo B.6.

(2) Cuando el ala de la viga se conecte al ala de una columna laminada en caliente o

armada a partir de placas, cuyo espesor sea al menos igual al mayor de:

Donde:

tcf = espesor mínimo del alma de la columna para el cual no se requieren placas de continuidad en la viga.

bbf = ancho del ala de la viga. tbf = espesor del ala de la viga. Fyb = esfuerzo de cedencia especificado del ala de la viga. Fyc = esfuerzo de cedencia especificado del ala de la columna. Ryb = razón entre el esfuerzo de cedencia esperado y el especificado de la viga. Ryc = razón entre el esfuerzo de cedencia esperado y el especificado de la

columna.

(3) Cuando el ala de la viga se conecte al ala de una columna de sección “I” laminada convertida en sección rectangular tipo cajón, cuyo espesor sea al menos igual al mayor de:

tcf ≤ ….. Eq 2.4.4-3

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tcf ≤ bbf/12 Eq 2.4.4-4

a. Espesor de las placas de continuidad Donde se requieran placas de continuidad, su espesor será determinado como sigue:

i. Para conexiones externas (por un solo lado de la columna), el espesor de

la placa de continuidad será al menos la mitad del espesor del ala de la viga.

ii. Para conexiones internas (por ambos lado de la columna), el espesor de la placa de continuidad será al menos igual al espesor del ala más gruesa de las vigas conectadas.

Las placas de continuidad también deben cumplir con los requisitos de la sección J10 de la referencia 1.

b. Conexión de las placas de continuidad a la columna Las placas de continuidad deben ser conectadas a las alas de la columna mediante soldaduras de penetración total. Las placas de continuidad deben ser conectadas al alma de la columna mediante soldaduras de filete o de penetración. La capacidad requerida para la suma de todas las soldaduras de la placa de continuidad al alma de la columna, será la menor de:

i. La suma de la capacidad nominal en tensión de las áreas de contacto entre

las placas de continuidad y el ala de la columna que tiene el ala de la viga conectada.

ii. La capacidad nominal en cortante del área de contacto entre la placa de continuidad y el alma de la columna.

iii. La capacidad nominal en cortante de la zona de panel de la columna.

iv. La suma de la capacidad esperada a la cedencia de las alas de la viga transmitiendo la fuerza a las placas de continuidad.

B.2.4.5 Zonas de panel Las zonas de panel deben cumplir con los requisitos del capítulo 10 para SMF o IMF, según aplique. B.2.4.6 Zonas protegidas Las zonas protegidas de la conexión serán las que hayan sido definidas para cada una de las conexiones precalificadas. Deberán cumplir con los requisitos de la sección 10.4.1.3. Excepto donde se indique algo diferente en este Anexo, la zona protegida para las conexiones se extenderá desde la cara de la columna hasta medio peralte más allá de la localización de la rótula plástica. Se permiten los agujeros para pernos en las almas de las

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vigas, siempre y cuando los mismos sean detallados según los requisitos para la conexión específica, según artículos B.5 a B.8. B.3 Requisitos para las Soldaduras

B.3.1 Metal de aporte

Los metales de aporte para soldadura deben cumplir con las disposiciones del inciso 10.4.2.3 y del artículo 10.9.

B.3.2 Procedimientos de Soldadura

Los procedimientos de soldadura deben ser acordes con las disposiciones del inciso 10.4.2.3 y del artículo 10.9.

B.3.3 Respaldo en uniones viga-columna y uniones placa de continuidad-columna

B.3.3.1 Respaldo de acero en placas de continuidad No es necesario remover la placa de respaldo para las soldaduras que unen la placa de continuidad con el ala de la columna. Cuando se elija dejar la placa de respaldo en su lugar, ésta debe ser conectada al ala de la columna con una soldadura continua de filete en el extremo bajo la soldadura de penetración total. Esta soldadura de filete será de 8 mm. Cuando se elija remover la placa de respaldo, después de su remoción, se debe limpiar el pase de raíz hasta el metal de aporte sano y luego soldar nuevamente con una soldadura de filete de refuerzo. La soldadura de filete de refuerzo debe ser continua y tendrá por lo menos 8 mm. B.3.3.2 Respaldo de acero en ala inferior de viga Cuando se utilicen placas de respaldo para las soldaduras de penetración total entre el ala inferior de la viga y la columna, la placa de respaldo debe ser removida. Después de remover la placa de respaldo, se debe limpiar el pase de raíz hasta el metal de aporte sano y luego soldar nuevamente con una soldadura de filete de refuerzo. El tamaño del lado del filete de refuerzo adyacente a la columna, tendrá como mínimo 8 mm. El tamaño del lado del filete de refuerzo adyacente al ala de la viga, deberá extenderse hasta el metal base del ala de la viga. Cuando el metal base y la raíz de la soldadura sean pulidos hasta quedar lisos después de remover la placa de respaldo, no es necesario extender el lado del filete de refuerzo adyacente al ala de la viga hasta el material base. B.3.3.3 Respaldo de acero en ala superior de viga Cuando se utilicen placas de respaldo para las soldaduras de penetración total entre el ala superior de la viga y la columna, y la placa de respaldo no sea removida, ésta debe

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ser conectada al ala de la columna con una soldadura continua de filete en el extremo bajo la soldadura de penetración total. Esta soldadura de filete será de 8 mm. B.3.3.4 Soldaduras no permitidas en acero de respaldo Las placas de respaldo en la unión del ala de la viga a la columna no deben ser soldadas al ala de la viga. Tampoco se permite el uso de soldaduras de apuntalamiento (“puntos de soldadura”) para sujetar las placas de respaldo al ala de la viga. Si por error se colocan soldaduras de filete o soldaduras de apuntalamiento entre la placa de respaldo y el ala de la viga, éstas deben ser removidas y reparadas según las deposiciones de la sección 3.3.4 de la referencia 2.

B.3.4 Detalles y uso de placas de extensión de soldadura

Cuando se utilicen placas de extensión de soldaduras, estas deben ser removidas según las disposiciones del artículo 3.4 de la referencia 2.

B.3.5 Soldaduras de apuntalamiento

En las zonas protegidas, las soldaduras de apuntalamiento para las placas de respaldo o para las placas de extensión de soldadura, deberán ser colocadas en zonas donde luego sean incorporadas a la soldadura final.

B.3.6 Placas de Continuidad

El detalle del recorte de esquina y soldaduras para las placas de continuidad debe cumplir con las disposiciones del artículo 3.6 de la referencia 2.

B.3.7 Control de Calidad

Los procedimientos de inspección, las pruebas no destructivas, y la documentación para el control de calidad de las soldaduras serán acordes con lo estipulado en el artículo 10.9. B.4 Requisitos para los Pernos

B.4.1 Tipo de pernos

Los pernos para las conexiones serán de alta resistencia y deberán cumplir con las normas ASTM A325 y A490. Se permite el uso de pernos de tensión controlada (tipo “Twist-Off”, ASTM F1852) con propiedades mecánicas y composición química equivalente.

B.4.2 Requisitos de Instalación

Todos los pernos deberán ser pretensados. Además, serán instalados según los requisitos del capítulo 10 y la referencia 8, excepto donde se indique lo contrario en este Anexo.

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B.4.3 Control de Calidad

El control de calidad para pernos deberá ser realizado según los requisitos del artículo 10.9. B.5 Conexión de Sección de Viga Reducida (RBS)

B.5.1 Generalidades

En la conexión de sección de viga reducida (RBS), algunas partes de las alas de la viga son selectivamente recortadas en la región adyacente a la unión de la viga con la columna. El objetivo es que la formación de la rótula plástica ocurra principalmente en la sección reducida de la viga.

B.5.2 Parámetros Geométricos

Las características geométricas principales de la conexión RBS, las zonas protegidas y la distancia de formación de la rótula plástica, Sh, se muestran en la figura B.2.

Figura B.2 Elementos principales de la conexión de sección de viga reducida (RBS).

B.5.3 Parámetros de Diseño

Los límites de la precalificación, las limitaciones a los elementos conectados y sus componentes, los requisitos especiales de fabricación, el procedimiento de diseño y otros requisitos especiales deben cumplir con lo establecido en el capítulo 5 de la referencia 2.

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B.6 Conexión de Placa Extrema Empernada Rigidizada y Sin Rigidizar (BSEEP y BUEEP)

B.6.1 Generalidades

Las conexiones empernadas de placa extrema, rigidizadas o sin rigidizar, se construyen soldando el final de la viga a una placa vertical y empernando esta placa al ala de la columna. El comportamiento de este tipo de conexiones puede ser controlado por varios estados límites, que incluyen cedencia de la sección de la viga, cedencia en flexión de las placas extremas, cedencia de la zona de panel de la columna, falla en tensión o cortante de los pernos de la placa extrema, o falla de las diferente uniones soldadas. El objetivo de los criterios de diseño para este tipo de conexiones es proveer suficiente capacidad en todos sus componentes para asegurar que la deformación inelástica ocurra por cedencia de la sección de la viga.

B.6.2 Parámetros Geométricos

Las características geométricas principales de las conexiones BSEEP y BUEEP, las zonas protegidas y la distancia de formación de la rótula plástica, Sh, se muestran en la figura B.3.

Figura B.3 Elementos principales de la conexión de placa extrema (a) rigidizada (BSEEP)

y (b) sin rigidizar (BUEEP).

B.6.3 Parámetros de Diseño

Los límites de la precalificación, las limitaciones a los elementos conectados y sus componentes, los requisitos especiales de fabricación, el procedimiento de diseño y otros requisitos especiales deben cumplir con lo establecido en el capítulo 6 de la referencia 2.

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B.7 Conexión de Placa de Ala Empernada (BFP)

B.7.1 Generalidades

La conexión de placa de ala empernada utiliza placas soldadas a las alas de la columna y empernadas al ala de la viga. Las placas del ala superior e inferior deben ser iguales y deben ser conectadas al ala de la columna mediante soldaduras de penetración total. Para la conexión empernada de las placas a las alas de la viga, se deben utilizar pernos de alta resistencia. El alma de la viga se une al ala de la columna con una conexión simple de placa empernada, con agujeros de ranura corta. El objetivo de la conexión es lograr la formación de la rótula plástica en la región adyacente al final de las placas de ala.

B.7.2 Parámetros Geométricos

Las características geométricas principales de la conexión BFP, las zonas protegidas y la distancia de formación de la rótula plástica, Sh, se muestran en la figura B.4.

Figura B.4 Elementos principales de la conexión de placa de ala empernada (BFP).

B.7.3 Parámetros de Diseño

Los límites de la precalificación, las limitaciones a los elementos conectados y sus componentes, los requisitos especiales de fabricación, el procedimiento de diseño y otros requisitos especiales deben cumplir con lo establecido en el capítulo 7 de la referencia 2. B.8 Conexión de Ala Soldada sin Refuerzo y Alma Soldada (WUF-W)

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B.8.1 Generalidades

En la conexión de ala soldada sin refuerzo y alma soldada (WUF-W), la rotación inelástica de desarrolla principalmente por la cedencia de la viga en la región adyacente a la cara de la columna. La fractura en la conexión es controlada mediante requisitos de detallado especiales, asociados a las soldaduras que unen las alas de la viga al ala de la columna, las soldaduras que unen el alma de la viga al ala de la columna, y la geometría y acabado de las perforaciones de acceso para la soldadura. Los pernos que conectan la unión con el alma de la viga, serán considerados únicamente para el montaje, y no participan en la capacidad en cortante de la conexión.

B.8.2 Parámetros Geométricos

Las características geométricas principales de la conexión WUF-W, las zonas protegidas y la distancia de formación de la rótula plástica, Sh, se muestran en la figura B.5.

Figura B.5 Elementos principales de la conexión ala soldada sin refuerzo y alma soldada

(WUF-W)

B.8.3 Parámetros de Diseño

Los límites de la precalificación, las limitaciones a los elementos conectados y sus componentes, los requisitos especiales de fabricación, el procedimiento de diseño y otros requisitos especiales deben cumplir con lo establecido en el capítulo 8 de la referencia 2.